Autorka: Martyna Łukasiewicz Szkoła: III Liceum Ogólnokształcące w Gdańsku Klasa: III B Opiekun: p. Hanna Szarafińska

Transkrypt

1 Wykorzystanie drożdży (Saccharomyces cerevisiae) i olejku z mięty pieprzowej (Menthae piperitae) w ochronie biologicznej ziemniaka (Solanum tuberosum L.) przed szarą pleśnią (Botrytis cinerea) i późną zarazą ziemniaka (Phytophthora infestans) Autorka: Martyna Łukasiewicz Szkoła: III Liceum Ogólnokształcące w Gdańsku Klasa: III B Opiekun: p. Hanna Szarafińska

2 Streszczenie Badania dotyczyły możliwości wykorzystania drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae) oraz olejku z mięty pieprzowej (Menthae piperitae) w ochronie biologicznej ziemniaka (Solanum tuberosum L.) przed grzybami patogennymi powodującymi rozwój szarej pleśni (Botrytis cinerea) i późną zarazę ziemniaka (Phytophthora infestans). Po opryskach oceniałam stopień zmian chorobowych badanych obiektów (krzaków, a po zbiorze także bulw). Krzaki spryskane zawiesiną drożdży, a także zawiesiną olejku miętowego wykazały większą odporność na powyższe choroby, niż te niepoddane opryskom. Wyniki pokazały, że w ochronie przed szarą pleśnią bardziej efektywne były drożdże, natomiast przed zarazą ziemniaka olejek miętowy. Wstęp Obecnie w rolnictwie stosuje się głównie preparaty syntetyczne, chroniące uprawiane rośliny przed organizmami, mogącymi przeszkodzić im w prawidłowym rozwoju. Do takich środków ochrony należą fungicydy. Pestycydy te, dostając się do ludzkiego organizmu wraz z żywnością mogą powodować poważne zatrucia pokarmowe [5]. Ograniczenie stosowania pestycydów ma znaczenie również dla środowiska, ponieważ są trwałe i ich rozkład zajmuje nawet dziesiątki lat. Drożdże piekarskie są alternatywą w walce z grzybami patogennymi [4]. Ich działanie polega przede wszystkim na antybiozie, konkurencji o substancje odżywcze, produkcji enzymów i toksyn killerowych [5]. Te ostatnie są kompleksami białkowymi, wykazującymi silne zdolności inhibicyjne w stosunku do grzybów patogennych. Również olejki eteryczne, a także wyciągi z roślin są znane ze swych właściwości grzybobójczych [1,9]. Celem pracy było porównanie skuteczności działania drożdży piekarskich, a także olejku miętowego i sprawdzenie, czy oba środki mogą służyć w ochronie biologicznej ziemniaka przed P.infestans oraz B.cinerea. Materiały i metody Pracę badawczą przeprowadzałam na polu we wsi Klępiny (woj. pomorskie) od 14 maja 15 do 7 sierpnia 15 roku. Obiektami badanymi było 6 krzaków ziemniaka (Solanum tuberosum L.) odmiany Denar (bardzo wczesna), która jest bardzo podatna na zarazę ziemniaka [11]. Próbę kontrolną stanowiło 3 krzaków tej samej odmiany. Tabela 1. Systematyka ziemniaka (Solanum tuberosum L.)[8], mięty pieprzowej (Mentha piperita) [8] oraz drożdży piekarskich (Saccharomyces cerevisiae)[1]. Domena eukarionty Królestwo grzyby rośliny Gromada grzyby workowe rośliny telomowe Podgromada x okrytozalążkowe Klasa drożdżaki dwuliścienne Podklasa x jasnotowe Nadrząd x jasnotopodobne psiankopodobne Rząd drożdżakowce jasnotowce psiankowce Rodzina drożdżakowate wargowe psiankowate Rodzaj drożdże x x Gatunek Saccharomyces cerevisiae Mentha piperita Solanum tuberosum L. Zabiegi z drożdżami oraz olejkiem wykonałam nalistnie 7 razy, zaczynając od 15 lipca, co 2-3 dni. Opryski wykonywałam raz w ciągu dnia o stałej porze ok. godz. 16. Na oprysk składało się 1

3 temperatura [ºC] opady [mm] 1 ml zawiesiny drożdży i 1 ml olejku z mięty pieprzowej. Zawiesiny Saccharomyces cerevisiae sporządziłam rozpuszczając kostkę drożdży piekarskich w ciepłej wodzie wodociągowej w stosunku 1:1. Natomiast olejek miętowy firmy Semifarm roztarłam z 1- krotnie większą ilością talku. Następnie dodałam wody destylowanej (przestudzonej do 4-5 stopni) i całość wytrząsałam [12]. Stężenie zawiesiny olejku w wodzie wynosiło 1 %. Pierwsza grupa PB1 (3 krzaków) została spryskana zawiesiną drożdży w wodzie, druga PB2 (również 3 krzaków) zawiesiną olejku miętowego. Grupę kontrolną oznaczyłam jako PK. Okazy były oddzielone płotkiem, na którym była rozpięta folia, która ograniczała ewentualne rozprzestrzenianie się choroby z niechronionych biologicznie obiektów. Następnie, po zakończeniu badania dokonałam obliczenia skuteczności ochrony pędów i liści ziemniaka ze wzoru Abbotta [2] S = A B A 1% gdzie: S skuteczność, A porażenie w kombinacji kontrolnej, B porażenie w kombinacji chronionej (wyliczenia dokonuje się osobno dla próby badawczej 1 oraz 2) Ocenę porażenia bulw ziemniaka przez grzyby patogenne wykonałam w dziewięciostopniowej skali (gdzie 1 oznacza brak objawów choroby, a 9 największe porażenie) [7]. Z otrzymanych wyników wyliczyłam indeks porażenia (Ip) wg wzoru Mc Kinneya[2]: Ip = [Ʃ(a b) 1 %] N I Ip - indeks porażenia Ʃ(a b) - suma iloczynów po pomnożeniu liczby zbadanych organów roślin przez dany stopień porażenia (osobno dla każdej z grup) N - ogólna liczba zbadanych bulw z pojedynczej grupy I - najwyższy stopień porażenia w skali W czasie badań regularnie notowałam zmiany warunków atmosferycznych, ponieważ temperatura wpływa na działalność zaaplikowanych drożdży piekarskich. Natomiast opady mogą się przyczynić do zmycia preparatu lub stymulacji rozwoju grzyba patogennego terminy aplikacji drożdży i olejku miętowego w 15 roku temperatura [ºC] opady [mm] Wykres 1. Warunki meteorologiczne podczas aplikacji środków ochrony biologicznej. Źródło danych: 2

4 rrrrwwwww indeks porażenia [%] Wyniki W początkowej fazie badania odnotowałam pierwsze objawy rozwoju zarazy ziemniaka, wywoływanej przez grzyba P.infestans. Liście zarażonego obiektu były pożółkłe z brunatnymi plamami. Następnie, już po wykopaniu bulw na ich powierzchni zaobserwowałam suchą zgniliznę, a po dokonaniu przekroju poprzecznego również zaciemnienia w miąższu. Obie cechy wskazują na porażenie późną zarazą ziemniaka. Natomiast działalność szarej pleśni charakteryzowała szara plamistość oraz ślady pylącego nalotu. Choroba najszybciej zaatakowała grupę kontrolną, natomiast grupy badane z opóźnieniem 3-4 dniowym. Szczegółowe dane o poziomie zainfekowania bulw i skuteczności ochrony wybranych metod biologicznych przedstawiłam na poniższych wykresach i w tabeli. Dokonałam również pomiaru wagi (przy użyciu elektronicznej wagi kuchennej z dokładnością ±1g), a także liczby bulw po zbiorze. W poniższej tabeli umieściłam oszacowane przeze mnie bulwy z poszczególnych grup, które przyjmowały odpowiednią wartość w skali porażenia. Jak widać w próbie kontrolnej występuje największy odsetek bulw ze wszystkich innych grup przyjmujących największą wartość w skali. Dotyczy to zarówno oceny porażenia szarą pleśnią, jak i zarazą ziemniaka. Tabela 2. Skala porażenia bulw z PB1, PB2, PK, stopień oszacowany metodą wzrokową. Skala Szara pleśń Zaraza ziemniaka porażenia Liczba Liczba Liczba Liczba Liczba Liczba bulw PB1 bulw PB2 bulw PK bulw PB1 bulw PB2 bulw PK 1 o 241 (8,1) 273 (96,4) 221 (8,) 273 (9,7) 268 (94,7) 219 (79,3) 2 o 13 (4,3) 9 (3,2) - (6,6) - 11 (4,) 3 o (3,6) 5 (1,7) - 9 (3,3) 4 o 4 (1,3) - 11 (4,) o 12 (4,) - 1 (,4) - 1 (3,5) - 6 o 19 (6,3) (1,1) 1 (3,6) 7 o (2,9) 2 (,7) - 7 (2,5) 8 o 1 (3,3) (,4) 9 o 2 (,7) 1 (,4) 25 (9,1) 1 (,3) 2 (,7) 19 (6,9) SUMA: 31 (1,) 283 (1,) 276 (1,) 31 (1,) 283 (1,) 276 (1,) Interpretując Wykres 3. można zauważyć różnicę pomiędzy wynikami występującymi w próbach badawczych i próbie kontrolnej. Indeks porażenia jest wyższy u grupy kontrolnej niż u grup chronionych. Co więcej średnia waga jednej bulwy z PK (98 g) jest niższa niż u PB1 (136 g) lub PB2 (129 g). Te zaobserwowane różnice wagi mogą wynikać z większej liczby bulw dotkniętej patogenami grzybiczymi [2]. Porównanie indeksu porażenia bulw ziemniaka Szara pleśń Zaraza ziemniaka PB1 - drożdże piekarskie PB2 - olejek z mięty pieprzowej PK Wykres 2. Porównanie indeksu porażenia bulw ziemniaka (Solanum tuberosum L.) przez szarą pleśń i późną zarazę ziemniaka 3

5 skuteczność [%] U grupy spryskanej zawiesiną olejku z mięty pieprzowej odnotowałam znacznie większy indeks porażenia bulw szarą pleśnią, niż w przypadku grupy, której zaaplikowałam drożdże piekarskie. W przypadku zarazy ziemniaka obie grupy miały zbliżoną wartość indeksu porażenia, ale oprysk olejkiem dał lepsze efekty. Rycina 1. Porównanie stanu badanych bulw ziemniaka. 1 zdrowa bulwa 1º w skali 9-stopniowej, 2 zdrowy krzak ziemniaka, 3 bulwa chora na zarazę ziemniaka 9º w skali 9º, 4 krzak z objawami zarazy ziemniaka; Rzeczywisty wynik badanych prób. Praca własna Analizując dane zawarte w Wykresie 3. można zauważyć, że skuteczność drożdży piekarskich jest większa niż olejku z mięty pieprzowej w przeciwdziałaniu szarej pleśni na liściach i pędach ziemniaka. Natomiast w przypadku Wykresu 4. olejek miętowy jest lepszy niż drożdże piekarskie w zwalczaniu zarazy ziemniaka Skuteczność środków ochrony biologicznej w walce z szarą pleśnią ,5 66,66 57,14 63, dni, w których dokonywano aplikacji PB1 - drożdże PB2 - olejek miętowy Wykres 3. Porównanie skuteczności zastosowanych środków ochrony biologicznej ziemniaka (Solanum tuberosum L.) przed szarą pleśnią (Botrytis cinerea) wartości obliczone ze wzoru Abotta 4

6 skuteczność [%] Skuteczność środków ochrony biologicznej w walce z zarazą ziemniaka 1, 85,71 87,5 83,33 87,5 8, 71,42 75, 66,66 62, dni, w których dokonywano aplikacji PB1 - drożdże PB2 - olejek miętowy Wykres 4. Porównanie skuteczności zastosowanych środków ochrony biologicznej ziemniaka (Solanum tuberosum L.) przed zarazą ziemniaka (P.infestans) wartości obliczone ze wzoru Abotta. Dyskusja Odpowiednio zastosowane przeze mnie opryski w okresie wegetacyjnym miały na celu wczesną kolonizację drożdży piekarskich przed pojawieniem się na obiektach badanych grzybów patogennych [3]. Niewykluczone jednak, że były one obecne jeszcze przed aplikacją olejku z mięty pieprzowej oraz drożdży piekarskich. Jednak miało to znacznie zmniejszyć prawdopodobieństwo ich wystąpienia. Stosowane środki w doświadczeniu miały wyraźny wpływ nie tylko na roślinę przed zbiorem, ale także na jej bulwy po zbiorze [3]. Co jest widoczne, dzięki wyliczonej skuteczności ochrony, która odnosi się do pędów i liści ziemniaka, a także indeksie porażenia zastosowanego do oceny bulw ziemniaka. Wybrana przeze mnie metoda oceny wzrokowej, która była podstawą obliczeń, jest subiektywna. Wzorzec dotkniętych chorobami obiektów był moją pracą własną. Badania przeprowadzałam na ziemniakach, ponieważ są łatwe w uprawie, a ocena skuteczności ochrony biologicznej tych organizmów może być dokonana zarówno przed, jak i po zbiorze, co poszerza perspektywę poglądu na ten typ ochrony. Ziemniaki są organizmami, dla których drożdże piekarskie i olejek miętowy mogą służyć w ochronie przed patogenami. Do sporządzenia zawiesiny użyłam wody wodociągowej, ponieważ jest ona źródłem magnezu i wapnia dla drożdży, wpływa to na ich aktywność w procesach metabolicznych [5]. Do badań wybrałam gatunek Saccharomyces cerevisiae ze względu na powszechną dostępność organizmu na rynku, łatwą hodowlę, szybki rozwój, bezpieczeństwo i zastosowanie w kontroli biologicznej roślin [6]. W walce z patogenami drożdże piekarskie wykorzystywały toksyny killerowe. Białka te odgrywają dużą rolę w ekologii drożdży, ponieważ na drodze współzawodnictwa eliminują one wrażliwych konkurentów, dzięki czemu mogą one opanować daną niszę ekologiczną. Skuteczność olejku z mięty pieprzowej (Menthae piperitae) w walce z Botrytis cinerea, a także z P.infestans została potwierdzona w wielu badaniach [1,9]. Olejki eteryczne są naturalnymi, lotnymi związkami fenolowymi, z których część posiada właściwości grzybobójcze [1]. Co więcej olejki eteryczne są biodegradowalne i przyjazne dla środowiska, dlatego ich stosowanie na większą skalę w walce z patogenami, nie przyczynia się do pogorszenia jego stanu [1] Dla porównania rozkład preparatów syntetycznych trwa nawet do 3 lat [5]. Prowadzone przeze mnie badania wykazały, że antagonistą efektywniejszym niż drożdże w walce z późną zarazą ziemniaka jest olejek z mięty pieprzowej. Zarówno organy nadziemne ziemniaka, jak i podziemne w mniejszym stopniu były porażone chorobą. Wpływ redukcyjny olejku miętowego polegał na ograniczeniu rozwoju zarodników grzyba P.infestans. Drożdże piekarskie wykazały lepszą niż olejek zdolność do walki z Botrytis cinerea, tak samo jak w przypadku olejku i dla części nadziemnych rośliny, jak i dla bulw. Antagonista, jakim są drożdże 5

7 skolonizował krzaki przejmując niszę ekologiczną i w ten sposób ograniczając rozwój szarej pleśni. Odnotowane lepsze działanie drożdży piekarskich niż olejku w walce z szarą pleśnią było spowodowane większą wrażliwością grzyba patogennego na substancje pochodzące z komórek drożdży. Podobna sytuacja ma miejsce z ograniczającym wpływem olejku miętowego na rozwój późnej zarazy ziemniaka. Zwiększona wilgotność, spowodowana m.in. opadami stymuluje rozwój grzybów patogennych. W badaniu wykluczyłam możliwość wpływu wilgoci, a także zmycia preparatu przez opady, ze względu na ich niewielką wartość [Wykres 1.]. Temperatura utrzymująca się w granicy około ºC [Wykres 1.] jest dla drożdży optymalną temperaturą, jeśli chodzi o ich metabolizm, m.in. produkcja toksyn killerowych [5]. Zastąpienie syntetycznych środków ochrony roślin naturalnymi jest tematem poruszanym przez wielu badaczy na całym świecie. Jak widać nie jest to takie proste, ze względu na jedynie częściowe ograniczenie rozwoju choroby. Każda osoba, która uprawia daną roślinę, dąży do uzyskania możliwie jak najwyższego plonu. Bardzo ważnym aspektem jest to by cel ten nie został osiągnięty kosztem pogorszenia stanu środowiska. Udoskonalenie metod stosowania olejku z mięty pieprzowej, a także drożdży piekarskich mogłoby znacznie zredukować występowanie grzybów patogennych na uprawach. Ważne, by poznać na poziomie molekularnym mechanizmy antagonistyczne drożdży i olejków w stosunku do grzybów patogennych, ponieważ mogłoby to się przyczynić do znacznego zmniejszenia na rynku preparatów syntetycznych, a tym samym do polepszenia się stanu środowiska, a także zmniejszenia ryzyka zachorowań na mikotoksykozy [5]. Piśmiennictwo 1. K. I. Al-Mughrabi, Warren K. Coleman, Appanna Vikram, René Poirier & Kithsiri E. Jayasuriya (13) Effectiveness of Essential Oils and Their Combinations with Aluminum Starch Octenylsuccinate on Potato Storage Pathogens, Journal of Essential Oil Bearing Plants, 16:1, 23-31, 2. B. Cwalina-Ambroziak (12) Skuteczność biologicznej i chemicznej ochrony roślin ziemniaka przed zarazą (Phytophthora infestans/mont./de Bary) i alternariozą (Alternaria spp.), Polish Journal of Agronomy, 11, 3-9, 3. W. J. Janisiewicz, L. Korsten (2) Biological control of postharvest diseases of fruits, Annual Review of Phytopathology, 4: , 4. J. Kowalska (13) Metody zastąpienia miedzi w ochronie warzyw i ziół uprawianych w rolnictwie ekologicznym, Państwowy Instytut Badawczy w Poznaniu, 5. Z. Libudzisz, K. Kowal, Z. Żakowska (7) Mikrobiologia techniczna t.1, Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa, 6. J. Nicklin, K. Graeme-Cook, R. Killington (4) Mikrobiologia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 7. S. Roztropowicz (1985) Metodyka obserwacji i pobierania prób w doświadczeniach z ziemniakami, Instytut Ziemniaka Bonin, 8. A. Szweykowska,J. Szweykowski (12) Botanika - systematyka t.2, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa, 9. Wilson, C. L., Solar, J. M., E. Ghaouth, A.,Wisniewski, M. E. (1997) Rapid Evaluation of Plant Extracts and Essential Oils for Antifungal Activity Against Botrytis cinerea, Plant Dis. 81: 4-21, Farmakopea Polska wyd.vi (2) Polskie Towarzystwo Farmaceutyczne, Warszawa 6